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Abstimmbarer elektrischer Schwingungskreis mit konstantem L/C-Verhältnis
Es gibt in der Elektrotechnik eine ganze Reihe von Aufgaben, bei denen ein elektrischer
Schwingungskreis bei einem konstanten Verhältnis der in ihm enthaltenem Induktivität
zu der in ihm vorhandenen Kapazität auf verschiedene Frequenzen abgestimmt werden
muß. Dieser Fall liegt heispielsweise dann vor, wenn eine an ihrem Ende kurzgeschlossene
Wanderwellenleitung in der Weise zur Erzeugung eines Impulses benutzt wird, daß
über die Eingangsklemmen io und ii der Leitung 12 in Abb. i, denen noch ein Widerstand
13 von der Größe des Wellenwiderstandes der Leitung parallel zu schalten ist, ein
Strom i von dem in Abb. 2 a dargestellten Verlauf geführt wird. An den Eingangsklemmen
der Leitung bildet sich dann ein Spannungsimpuls der in Abb. :2b dargestellten
Form und einer Dauer d, die gleich ist der Zeit, welche eine Wanderwelle benötigt,
um die Leitung bis zum kurzgeschlossenen Ende und zurück zu durchlaufen. Wenn man
nach diesem Prinzip Impulse von wählbarer Länge herstellen will, empfiehlt es sich,
eine Leitungsnachbildung zu benutzen, also etwa eine Schaltung nach Abb. 3, die
Werte von L und C zu verändern, dabei aber gleichzeitig das Verhältnis der Induktivität
L zu der Kapazität C in jedem Kettenglied konstant zu halten. Da für die einfache
Laufzeit t, der ganzen Kette die Beziehung te = n @l L C
gilt, wenn
mit it die Anzahl der Kettenglieder, mit L die Induktiv ität und mit C die Kapazität
eines
Gliedes bezeichnet wird, kann man die Dauer d der Impulse
bis auf sehr kleine Beträge herab vermindern, wenn man L und C nur genügend abnehmen
läßt. Ein anderes Beispiel für den Fall, daß die Induktivität und die Kapazität
eines Schwingungskreises bei konstantem Verhältnis dieser beiden Größen verändert
werden muß, ist die Phasenverschiebung von Impulsen. Wenn beispielsweise ein Impuls
nach Abb. 4 a den Eingangsklemmen 14 einer'-Leitungsnachbildung nach Abb.5 zugeführt
wird und ein gegen ihn phasenverschobener Impuls an den Ausgangsklemmen 15, 16 abgenommen
werden soll, so ist die Phasenverschiebung p des Ausgangsimpulses nach Abb.4b gegenüber
dem Eingangsimpuls gleich der einfachen Laufzeit der ganzen Kette, also gleich der
oben angegebenen Größe t,.- Soll diese Phasenverschiebung einstellbar sein, so muß
die Größe von L und C bei einem konstantem Betrag ihres Verhältnisses verändert
werden können, damit die Amplitude des Ausglangsimpulses von p unabhängig ist. Aber
auch in anderen Fällen als für die Herstellung von Leitungsnachbildungen sind Schwingungskreise
mit einstellbarer Eigenfrequenz bei konstantem L/C-Verhältnis erwünscht. Wenn beispielsweise
einem einfachen Schwingungskreis, wie er in Abb. 6 dargestellt ist, ein Strom i
nach Abb. 7 a zugeführt wird, so entsteht am Kondensator eine sinusförmige Spannung
mit entsprechend der Dämpfung des Kreises langsam abnehmender Amplitude nach Abb.
7b. Die Größe der Scheitelspannung U hängt von der Größe des Stromes i und
dem Verhältnis von L und C. folgendermaßen ab:
wenn man also die Frequenz der abklingenden Schwingung verändern will, dabei aber
U und i
konstant halten will, muß man L und C ändern, das Verhältnis
L/C aber ungeändert lassen, damit man keine Änderungen der Amplitude von
i und U erhält.
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An sich bestände die Möglichkeit, eine derartige Konstanz des Verhältnisses
L/C dadurch zu erreichen"daß man ein Variometer mit einem proportionalen Zusammenhang
zwischen Induktivität und Verdrehungswinkel sowie einen Drehkondensator mit einem
gleichfalls winkelproportionalen Kapazitätswert auf dieselbe Achse setzt und also
die Kapazität und die . Induktivität durch Einstellung eines einzigen Verstellknopfes
gleichzeitig ändert.
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Die Erfindung ermöglicht einen bedeutend einfacheren und billigeren
Aufbau des Schwingungskreises dadurch, daß ein verstellbarer Kondensator und eine
Induktivität mit Kurzschlußwicklung 9e= genseitig derart angeordnet werden, daß
durch die räumliche Verstellung der starr miteinander gekuppelten beweglichen Kondensatorhälfte
und der Kurzschlußwicklung Kapazitäten auftreten und Teile der Induktivität von
der Kurzschlußwicklung entkoppelt werden, die in einem konstanten Verhältnis zueinander
stehen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 8 dargestellt. In dieser
ist mit 17 eine kreiszylinderförmige feststehende Kondensatorbelegung bezeichnet
.und mit 18 eine Spule von gleicher Achsenlänge und gleichem Durchmesser wie die
erwähnte Kondensatorbelegung. Die Spule 18 und die Belegung 17 sind koaxial nebeneinander
angeordnet. Ein kreiszylinderförmiger leitender Körper i9, der die gleiche Achsenlänge
hat wie die Spule oder die Belegung 17, kann in der Richtung des Doppelpfeiles 2o
verschoben werden. Befindet er sich in seiner untersten Lage, so steht er vollständig
gegenüber der Belegung 17, die Kapazität zwischen 17 und i9 ist also ein Maximum,
und die Spule i8 ist mit allen ihren Windungen wirksam. Befindet er sich in der
gezeichneten mittleren Lage, so ist die Kapazität zwischen 17 und i9 nur die Hälfte
des Maximalwertes, und von der Spule 18 werden die Hälfte der Windungen durch den
Körper i9 kurzgeschlossen. Liegt der Körper i9 dagegen ganz oben, so wird die Spule
18 vollständig kurzgeschlossen, ihre Induktivität sinkt also fast auf den Wert Null
herab, und zwischen 17 und i9 besteht nunmehr eine minimale Kapazität. Versuche
haben ergeben, daß keine Schwierigkeiten bestehen, den Abstand zwischen 17 und i9
so klein zu machen, daß man eine lineare Teilung auf einer die Stellung des Körpers
i9 angebenden Skala für die Schwingungsdauer des Schwingungskreises anbringen kann,
d. h. daß die Streukapazität des Kondensators und die Induktivität der Zuleitungen
der Spule, welche in der obersten Stellung des Körpers i9 noch vorhanden sind, 'vollkommen
zurücktreten gegenüber den Werten, die bei der Verschiebung des Körpers i9 um eine
Längeneinheit, also beispielsweise um einen Millimeter, als positiver oder negativer
Zuwachs auftreten.
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Zum Aufbau einer aus Längsinduktivitäten und Querkapazitäten bestehenden
Leitungsnachbildung kann ein abstimmbarer elektrischer Schwingungskreis nach Abb.
8 derart benutzt werden, daß, wie in Abb. 9 dargestellt, die miteinander verbundenen
feststehenden Kondensatorbelegungen 17' und Spulen 18' sämtlich in Reihe geschaltet
und in die eine Leitung gelegt werden und die verstellbaren Kondensatorbelegungen
i9' ebenfall's alle in Reihe geschaltet sind und in der anderen Leitung liegen.
Die verstellbaren Belegungen werden starr miteinander gekuppelt, beispielsweise
fest in einem konzentrisch zu ihnen liegenden Rohr 21 aus Isolierstoff angebracht,
das in Abb. 9 nur durch seinen Querschnitt durch eine Wand dargestellt ist, so daß
durch axiale Verschiebung dieses Rohres die Werte von L und C bei konstantem
Verhältnis LIC verändert werden körnnen. Die Induktivität L, am Anfang der Kette
kann durch einen Kurzschlußring igo, der in den Anfang des Rohres 2i eingesetzt
ist, aber keine Verbindung mit den Ringen i9' besitzt, ebenso verändert werden wie
die Induktivitäten der Spulen 18'.